TiFe est un composé intermétallique clé pour le stockage solide de l’hydrogène à grande échelle en raison de son faible coût, de sa haute densité volumétrique en hydrogène et de la possibilité d’adapter ses propriétés thermodynamiques d’hydrogénation par le jeu des substitutions élémentaires. Pourtant, les conditions d’activation et les propriétés cinétiques restent à améliorer et le rôle des substitutions à mieux interpréter. Ce travail étudie en profondeur les changements thermodynamiques induits par la variation de la teneur en Ti dans le domaine d’homogénéité de la phase TiFe (rapport stœchiométrique de Ti:Fe entre 1:1 et 1:0,9) et de la substitution de Mn pour Fe entre 0 et 5 at.%. Le but de ce travail est de définir une composition d’alliage adaptée et optimisée au stockage de 50 kg d’hydrogène dans le cadre du projet européen HyCARE (https://hycare-project.eu/).
Les données thermodynamiques obtenues fournissent une vision complète des propriétés d’hydrogénation des alliages Ti-Fe-Mn sur une plage de composition étendue autour de la stœchiométrie 1:1. Nous démontrons que les alliages riches en Ti affichent des capacités de stockage améliorées tant qu’une quantité limitée de phase β-Ti est formée. Les substitutions du Mn et du Ti sur le site du Fe augmentent le volume de la maille intermétallique, abaissant ainsi les pressions de plateau et diminuant l’hystérésis des isothermes. Les difficultés d’activation sont résolues par une précipitation mineure de phases de type TiFe2 et de type Ti4Fe2O ou β-Ti du côté pauvre et riche en Ti du domaine d’homogénéité de la phase TiFe, respectivement. La composition optimale s’avère être TiFe0,85Mn0,05, pour laquelle une activation facile ainsi qu’une forte absorption réversible de l’hydrogène (1,63 mas.%) sont atteintes à température ambiante en utilisant des pressions d’hydrogène modérées dans la plage de 0,03 à 2,5 MPa.
Référence